% Clase
\documentclass[11pt,a4paper,spanish,twoside]{report}

% Órdenes auxiliares
\input{inc/includes.tex}

% Encabezado y pie de página
\encabezado

\begin{document}

% Silabación extra
\input{inc/hyphenations.tex}

% Portada
\portada{Automatización industrial}
{Trabajo teórico}{Automatización en el proceso de la elaboración del vino}
{Alicia Martín-Benito Escalona\\Alicia Serrano Sánchez}{30 de Abril de 2010}

% Licencia
\licencia{Alicia Martín-Benito Escalona, Alicia Serrano Sánchez}

\tableofcontents
\listoffigures

\chapter*{Introducción}
El objetivo del proceso de la elaboración del vino es reducir los costes y
mejorar la calidad de la producción del vino, así como la reducción de la
intervención humana. La automatización en las bodegas permite una mayor
productividad, mayor repetitividad y control de la calidad más estrecho.

La base del éxito de la automatización en los procesos de la bodega consiste en
implantar sistemas SCADA que permiten controlar y visualizar los componentes y
parámetros de la vinificación, pudiendo realizarse operaciones de forma
flexible minimizando riesgos en el tratamiento del producto. Con la
automatización se consigue una mayor calidad en el vino producido, ya que se
puede obtener información detallada de cada proceso y de este modo poder
controlar y modificar de manera más eficaz las pasos que conlleva la
elaboración del vino. 

Actualmente se está fomentando el consumo moderado de vino como factor cultural
y a la vez saludable, por ello, la implantación de la automatización en
bodegas mejora en cuanto a costes y rendimiento.


\chapter{Descripción del proceso}
Los diferentes procesos que conllevan la elaboración del vino se pueden
observar en la figura \ref{proc}. Nuestro estudio se basa en algunos de estos
procesos que se desarrollan a continuación.
\imagen{procesos2.jpg}{10}{Procesos en la elaboración del vino}{proc}
\section{Recepción}
Normalmente para la descarga de la uva se utiliza una tolva de acero
inoxidable. La tolva lleva un transportador o tornillo sinfín en el fondo,
que permite la descarga de la uva y al mismo tiempo, la hace avanzar hacia la
maquinaria de procesado. Normalmente, las tolvas tienen un doble tornillo
sinfín para evitar la acumulación de la uva y los atascos. 

Otra forma de recepción de uva es la descarga en cintas transportadoras. Se
realiza cuando la vendimia se realiza en cajas. La principal ventaja de este
sistema es que la uva apenas sufre daños. La cinta transportadora consta de
un dispositivo que permite la sujección de la caja por la parte
inferior. Cuando la caja llega al extremo de la cinta transportadora, se
provoca el vuelco y se vierte la uva, quedando la caja en posición invertida.


\section{Estrujado y despalillado}
\subsection{Despalillado}
  El despalillado consiste en la separación del raspón\footnote{También
    llamado raspa o escobajo, forma la estructura
    vegetal del racimo.} del grano de la uva. La tecnología
  empleada para este tipo de operación responde a una máquina horizontal, que
  consta de una carcasa metálica en cuyo interior se aloja un cilindro
  perforado y un eje dotado de paletas. La uva cae por la tolva superior al
  interior del cilindro y por efecto del giro de las paletas, los raspones se
  separan y los granos tienden a pasar a través de las perforaciones del
  cilindro. Los granos son recogidos por la parte inferior y en muchos casos
  pasan directamente a la estrujadora. Los raspones salen por el extremo
  opuesto de la estrujadora. Las paletas giran a baja velocidad, para no
  dañar la uva y en sentido contrario al tambor, mejorándose así la
  separación de los granos y raspones.   

\subsection{Estrujado}
  El estrujado consiste en provocar la rotura de los hollejos\footnote{Piel
    que envuelve la pulpa o parte carnosa de la uva.} y el desprendimiento de
  la pulpa, para facilitar la salida del zumo, sin llegar a romper las partes
  sólidas. La trituradora de rodillos de caucho es la tecnología empleada
  habitualmente para llevar a cabo esta operación. En estas máquinas el
  estrujado se produce al comprimirse la uva entre dos cilindros que giran en
  sentidos contrarios. La uva se conduce al cuerpo de la máquina donde se
  alojan los cilindros. Éstos están colocados en paralelo. Los cilindros se
  alojan en cajas excéntricas para poder regular su separación en función del
  tamaño del grano, del estado en que se encuentre la vendimia y del grado de
  trituración que se quiera conseguir. Llevan asimismo un sistema de embrague
  que hacen que los cilindros se separen en el caso de que se introduzcan
  cuerpos extraños (piedras, metales...) que podrían dañar la superficie de
  los mismos. Los rodillos giran a baja velocidad, para no destrozar la uva.  

\section{Encubado del mosto}
Una vez ha sido despalillada y estrujada la uva, se lleva hasta los
depósitos para encubar e iniciar la maceración\footnote{Proceso de extracción
sólido-líquido.}. El transporte de la masa se
realiza mediante bombas de pastas y tuberías y se descarga en el depósito con
un tratamiento cuidadoso procurando no aplastar y golpear demasiado la masa.
Para llevar a cabo esta operación, la bodega utiliza las bombas empleadas
para realizar los trasiegos. 

\section{Fermentación alcohólica}
Una vez encubado el mosto, se deja en reposo para que tenga lugar la
fermentación, que permitirá la verdadera transformación del mosto en vino.
El control de la fermentación se lleva a cabo mediante el software VinWizard,
que permite la monitorización de este proceso desde uno o varios dispositivos
conectados al sistema.

\section{Descube}
El descube constituye el final de la maceración. Consiste en sangrar el
depósito por la parte inferior extrayendo el líquido para llevarlo a otro
depósito donde concluirá la fermentación si aún no lo ha hecho. Las pastas se
extraen posteriormente y se llevan a la prensa, para poder extraer el resto
de mosto. Para llevar a cabo la operación de descube se cuenta con los depósitos
autovaciantes. 

\section{Filtración}
El tipo de filtro más utilizado para llevar a cabo la filtración es el de
tierras de diatomea. Este tipo de filtro recibe este
nombre porque el lecho filtrante está constituido por 
una capa o torta de tierras filtrantes en este caso de diatomeas, aunque
existen otros tipos de tierra. Para formar el lecho, estos filtros suelen
disponer de un depósito provisto de sistemas de agitación, donde se mezcla
previamente el vino con las tierras. El soporte está constituido por unos
discos horizontales o placas colocados en el interior del cuerpo del filtro,
alrededor de un eje central. Se forma la torta filtrante sobre estas placas
haciendo pasar una mezcla de agua y tierras por el filtro. El vino entra por
la parte inferior, también mezclado con tierras de diatomeas y por efecto de
la presión, tiende a pasar a través de la torta al interior de las placas
saliendo, ya filtrado, por la conducción central.

\section{Embotellado}
Después de la crianza en barricas, salvo en vinos jóvenes, se procede al
embotellado. Es un proceso que consiste en llenar las botellas hasta un
volumen preciso de vino dejando el espacio vacío necesario para la puesta del
tapón o corcho más una cámara de aire que permita cierta dilatación. 
En este proceso se utiliza una embotelladora de depresión o al vacío. 

La entrada de líquido en la botella se realiza presionando sobre ella, de
este modo se levanta una válvula dejando pasar el líquido y se establece una
igualdad de presión. 

\chapter{Automatización del proceso} 

\section{Sistemas de actuación}

\subsection{Tolva autopesante}

La tolva es un depósito que permite recoger y almacenar temporalmente la uva
sin peligro de atascos. Cuando el siguiente paso del proceso se
encuentra disponible, los transportadores sinfín empujan la uva hacia la
estrujadora/despalilladora. También se encarga del pesado de la uva que
recibe.  
La tolva está hecha de acero inoxidable (figura \ref{tl}), para evitar la
oxidación por el contacto con el mosto de la uva. La tolva cuenta con las
siguientes dotaciones de serie: 
\begin{itemize}
\item Motor reductor de transmisión.
\item Dos transportadores o tornillos sinfín (figura \ref{tsf}).
\item Puerta de registro de inspección y limpieza.
\item Cabezal de recogida de mosto.
\item Sistema de engrase centralizado.
\item Un equipo de pesaje digital.
\item De forma opcional:
  \begin{itemize}
  \item Variador de velocidad electrónico.
  \item Válvula con actuador neumático para regular la salida de mosto.
  \end{itemize}
\end{itemize}

\imagen{Tolva.jpg}{9}{Tolva autopesante}{tl}
\imagen{tornillosinfin.jpg}{5}{Tornillos sinfín en tolva}{tsf}

\subsection{Estrujadora/Despalilladora}

El estrujado y despalillado tienen lugar de forma conjunta, el tornillo
sinfín situado dentro de la estrujadora/despalilladora mueve los racimos
hacia una abertura y al pasar por esta abertura los racimos se despalillan y
se estrujan. Al igual que la tolva, está fabricada en acero inoxidable (véase
figura \ref{destru}). 
\imagen{despalilladora.jpg}{9}{Despalilladora/Estrujadora}{destru}

Los componentes de la estrujadora/despalilladora son:
\begin{itemize}
\item Motor trifásico, encargado de transformar la energía eléctrica en
  energía mecánica.
\item Bomba semicentrífuga que transforma la energía mecánica de un impulsor
  rotatorio en la energía cinética y potencial requeridas.
\item Tolva para almacenar la uva que le llega.
\item Tambor de despalillado giratorio.
\end{itemize}
\imagen{bombatrasiego.jpg}{8}{Bombas para el transporte del vino}{bomb}

La pasta resultante de este proceso es transladada a las cubas mediante
bombas de trasiego (figura \ref{bomb}). Debido a la rotación y rozamiento
entre el rotor y el estator, se crea un vacío en la zona de aspiración que
facilita la entrada del producto a las cavidades que hay entre ellos, además
se incorpora un tornillo sinfín que permite transportar fácilmente
la pasta de uva hacia el rotor y estator. 

\subsection{Cuba autovaciante}

Depósito en el cual se almacena la pasta obtenida tras el estruje y
despalillado para su fermentación y maceración. Por medio de una orden, la
cuba vacía su contenido. En las cubas se controla la
temperatura a fin de obtener una correcta fermentación. Una vez terminada la
fermentación cumple funciones de almacenamiento estándar. Las partes que
toman contacto con el vino son de acero inoxidable a fin de evitar la
oxidación como se ha comentado anteriormente. Pueden o no tener una camisa
envolvente cuya función es la refrigeración. Una cuba autovaciante
característica se puede observar en la figura \ref{cuba}.
\imagen{cubaautovaciante.jpg}{9}{Cuba autovaciante}{cuba}


\subsection{Filtro de tierra de diatomeas}

El filtro tiene un depósito provisto con un sistema de agitación, donde se
mezclan el vino y la tierra (figura \ref{fil1}). El cuerpo del filtro tiene
unas placas colocadas de forma horizontal. Se forma la torta filtrante 
sobre dichas placas, el vino entra por la parte inferior y por efecto de la
presión pasa a través de la torta al interior de las placas saliendo ya
filtrado (figura \ref{fil2}).
\imagen{torta_filtrante.jpg}{8}{Esquema del filtrado de diatomeas}{fil2}
\imagen{filtro.jpg}{10}{Filtro de tierra de diatomeas}{fil1}

El filtro está construido en acero inoxidable y consta de una bomba
dosificadora que regula el nivel de tierras disponibles en el filtro; y de
una torta que se descarga por rotación de los discos filtrantes. También es
capaz de recuperar el líquido residual mediante un filtro que lleva
incorporado.

\subsection{Embotelladora}

La embotelladora cubre tres funciones en este caso. Primero inyecta agua en
las botellas para su limpieza. Una vez que las botellas están limpias, la
máquina procede a llenar las botellas y una vez llenas un brazo movil
desciende poniendo el tapón en su lugar. Está fabricada en acero inoxidable,
tiene interruptores de seguridad a fin de poder parar la máquina si se
presenta algún problema. 


\subsection{Cintas transportadoras}

Las cintas transportadoras se encargan de transportar la uva entre distintos
puntos del proceso, pero siempre antes de que haya sido triturada.
%Introducir las cintas transportadoras de cajas


\section{Sensores y adquisición de datos}

\subsection{Sensor de temperatura PT100}

Cada tanque o cuba contiene un sensor de temperatura que
sirve para evitar que el tanque se sobrecaliente y pueda producirse un
accidente. Dicho sensor escanea constantemente la temperatura, y si sobrepasa
unos límites marcados avisa al sistema mediante una alarma.

\subsection{Fermetrol, sensor de densidad continuo}

Este sensor, que se muestra en la figura \ref{fer} colocado en el tanque o
cuba para almacenar el vino, mide la 
conversión del azúcar a alcohol, es decir, la tasa de fermentación. Fermetrol
colaborando con VinWizard puede establecer la temperatura para obtener la
tasa de fermentación que se ha decidido para el día.
\imagen{Fermetrol.jpg}{5}{Sensor de densidad}{fer}
En la parte posterior del sensor se sitúa un hidrogel similar a las lentes de
contacto. Esta sustancia se expande y se contrae en función de los niveles de
azúcar y alcohol. Para calcular los niveles de alcohol y azúcares se mide el
grado de expansión o contracción del gel. 

\section{Controladores}

El controlador principal es un computador sobre el que se tiene
instalado el sistema VinWizard\cite{vin}. A través de cables ethernet o WiFi, se
conectan los diversos dispositivos que interactúan en el proceso de
producción del vino. Estos dispositivos están instalados por toda la bodega
y se encargan de monitorear partes especificas del proceso. Los valores que
se controlan son:
\begin{itemize}
\item Temperatura
\item $CO_{2}$.
\item Humedad.
\item Presión
\item Flujo de líquido.
\item Corriente.
\item Voltaje.
\item Flujo de gas.
\end{itemize}

El programa posee un modo de vista tridimensional como se muestra en la
figura \ref{vis3d}. Mediante esta vista se controla la temperatura de los
diferentes depósitos. Un determinado depósito parpardea en rojo si salta
alguna alarma. La vista se actualiza dinámicamente mientras suceden los
cambios. 
\imagen{vin1.jpg}{10}{Vista tridimensional de la bodega}{vis3d}
Cada depósito puede ser configurado de forma individual. En las figuras
\ref{dep1} y \ref{dep2} se puede observar las distintas configuraciones que
pueden ser modificadas en un depósitivo, como establecer un evento,
configurar la alarma y la refrigeración durante la noche. 
\imagen{vin2.jpg}{10}{Pantalla de depósito individual}{dep1}
\imagen{vin3.jpg}{10}{Opciones de configuración de un depósito}{dep2}

Los tipos de alarma que se pueden configurar son los siguientes:
\begin{itemize}
\item Alarma de Desviación. La temperatura se desvía unos determinados grados
  fijados del punto de control.
\item Tasa de Cambio. Si un depósito está fijado con una tasa de cambio en
  frío, la alarma se mantiene apagada mientras la temperatura baje siguiendo
  esa tasa.
\item Retardo de Alarmas. Se espera un periodo de tiempo antes de activar la
  alarma.
\item Alarma de alto/bajo. Se establecen límites de temperatura aceptables
  por lo alto y por lo bajo.
\end{itemize}

\section{Redes de comunicación y dispositivos asociados}

WinWizard permite acceder a la información del sistema en tiempo
real a través de internet desde el exterior de la bodega, y desde cualquier
ordenador o PDA si se encuentra en el interior de la bodega ya sea por
conexión ethernet o conexión WiFi (figura \ref{gen}). El sistema también
transmite las alarmas mediante mensajes de texto al movil y correos
electrónicos a las direcciones especificadas.
\imagen{vingeneral.jpg}{13}{Organización del sistema VinWizard}{gen}

\section{Software}

VinWizard es un software que se encarga del control de la recepción de uva,
control de la temperatura, el control del remontado, monitorización con el
sensor de azúcares FERMETROL, la seguridad mediante alarmas, el ahorro de
energía y el nivel de los depósitos. Ofrece una visión del estado de la
bodega en cualquier momento y lugar y reduce el impacto de los errores y los
fallos de la maquinaria. 

En lo que se refiere a temperatura, VinWizard permite establecer la
temperatura deseada para cada depósito, gestiona el paso de refrigerante si
la temperatura varía, alerta si existe algún problema con las temperaturas y
mantiene un registro de las temperaturas leídas.

Con la ayuda de FERMETROL se puede medir el consumo de azúcares en tiempo
real durante la fermentación y avisar cuando se han alcanzado los valores
deseados. 

A parte de las alarmas antes mencionadas, VinWizard avisa de diversos
problemas como un fallo en la máquina de frío, si falla alguna de las bombas
de circulación, si hay una pérdida de presión o si el nivel de refrigerante
está por debajo de un valor.

VinWizard consigue un ahorro importante de energía, ya que reduce los costes
de refrigeración, que engloban entre un 50\% y un 70\% de los costes
operativos de la bodega.

\chapter{Beneficios de la automatización}
\begin{itemize}
\item Bajo consumo de energía gracias a un ritmo de flujo continuo; por
  ejemplo, cada componente desde la alimentación de la
  despalilladora/estrujadora a la bomba de transferencia del mosto funciona al
  mismo ritmo de funcionamiento.
\item Bajo nivel de pérdida de los componentes debido a que el flujo es
  continuo desde un componente a otro sin que se incremente la presión del
  sistema. 
\item Bajo mantenimiento. Sólo hace falta limpieza y controles visuales
  frecuentes.
\item Utilización de tecnología moderna con PLC, pantalla táctil, memoria
  para la trazabilidad y control remoto.
\item Se reduce la turbiedad del mosto de uva y mosto con hollejos.
\item Mayor calidad del mosto y mosto con hollejos gracias a la mayor
  protección del producto durante la transferencia.
\item Reducción de los costes de energía por menor consumo y mayor eficiencia.
\item Mayor eficiencia de cada proceso de filtrado debido a la menor carga de
  partículas en los vinos.
\item Mejor envejecimiento de los vinos por menor tratamiento del mosto con
  hollejos, mosto y vino en los pasos del proceso.
\item Gran flexibilidad en el proceso de elaboración al poder controlar la
  fermentación para cada depósito.
\item Bajo consumo de energía y costes más bajos gracias a un control
  continuo de temperatura y densidad en cada depósito de fermentación usando
  indicadores de temperatura y densidad para el panel de control.
\item Mediante VinWizard, la información está centralizada en un punto,
  permite estudiar y experimentar los distintos depósitos, es accesible desde
  cualquier lugar, proporciona una interfaz cómod y sencilla y se tiene la
  posibilidad de imprimir informes, seguimiento de depósitos, etc.
\end{itemize}

\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{vin} vinWizard: Wine Technology Solutions,
\href{http://www.vinwizard.us}{http://www.vinwizard.us}
\bibitem{ice} Industrias céspedes:
  Fabricación de depósitos, maquinaria e instalaciones de bodegas,
  \href{http://www.icespedes.com}{http://www.icespedes.com}
\bibitem{ino} Inoxpa: Fabricación en inoxidable de bombas, válvulas,
  agitadores, equipos e ingeniería de procesos para la industria alimentaria,
  enológica, oleícola, cosmética,
  ... \href{http://www.inoxpa.es}{http://www.inoxpa.es} 
\bibitem{eno} Enotic: Tecnología al Servicio del Vino,
  Empresa especializada en la aplicación de nuevas tecnologías al sector
  vitivinícola. \href{http://www.enotic.es}{http://www.enotic.es}
\bibitem{you} Youtube. \emph{Broadcast Yourself}
  \href{http://www.youtube.com/}{http://www.youtube.com/} 
\end{thebibliography}

\end{document}
